Control Geodesico y Cartografico Para Mapas a Escala Grande m3

CONTROLGEODÉSICOY CARTOGRÁFICO PARAMAPASAESCALAGRANDE

1

1.

2.

3.

SUPERFICIES FUNDAMENTALES

SISTEMAS DE COORDENADAS

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL(GPS)

INTODUCCIÓNActualmente, la importancia de un sistema de referencia único (georreferenciación) se ve manifestado en áreas como:

• La Geodesia, ciencia encargada de la medición y representación cartográfica de la superficie de la Tierra (Helmert, 1980).

• La Navegación moderna, basada en sistemas de posicionamiento satelital, requiere de un sistema de referencia único, para estimar por ejemplo las coordenadas de los aeropuertos, carreteras, etc.

• La Cartografía y el Catastro que definen los límites políticos y los límites de la tenencia de la propiedad, respectivamente.

• En Ingeniería, la aplicación de métodos modernos (e.g. GPS) para realizar levantamiento de construcciones y obras (túneles, carreteras, etc.) requiere de un sistema de referencia único.

2

SUPERFICIES FUNDAMENTALESGEOIDE “forma de la Tierra”

• Superficie equipotencial.

• Superficie de equilibrio de las masas oceánicas sometidas a la acción de los movimientos de la Tierra.

• La dirección de la gravedad es perpendicular en todos sus puntos.

3

NIVEL MEDIO DEL MAR (NMM)

• Promedio de observaciones

• Difiere del nivel instantáneo

• Diferencias regionales (efectos locales)

SUPERFICIES FUNDAMENTALES

ELIPSOIDE DE REFERENCIA

• El centro gravitatorio terrestre debe coincidir con el centro del elipsoide

• El plano del ecuador terrestre debe coincidir con el del elipsoide

• La suma de los cuadrados de las alturas del geoide debe ser mínima

4

SISTEMAS DE COORDENADASLos sistemas de coordenadas son utilizados para designar de forma unívoca la posición de un punto.

Deben especificar:

• El tipo de coordenada

• Origen

• Orientación de ejes

• Escala

Las coordenadas NO se “miden”, se “calculan” en un

determinado sistema.

5

COORDENADAS CARTESIANASTRIDIMENSIONALES

Los sistemas cartesianos tienen ejes

rectilíneos ortogonales.

En geodesia se utilizan los de mano derecha.

Sistemas cartesianos globales los parámetros

que definen el sistema se denomina datum:

a) El origen es coincidente con el centro de masa

de la Tierra;

b) La dirección del eje Z es hacia el polo

convencional de rotación;

c) La dirección del eje X cercano al meridiano de

Greenwich;

d) La unidad de medida es el metro.

6

COORDENADAS ESFÉRICASEn algunas representaciones o aplicaciones (e.g. topografía) es

suficiente utilizar un sistema esférico global.

• Distancias radial al geocéntro

• Distancia polar o colatitud

• Latitud geocéntrica

• Longitud geocéntrica

7

COORDENADAS ELIPSOIDALES

El elipsoide es la figura que

mejor se aproxima a la superficie

terrestre.

Su forma se define a partir de:

• Semi-eje mayor

• Achatamiento:

• Excentricidad:

8

f a b

a2 2

e a b

a

COORDENADAS ELIPSOIDALES

Parámetros elipsoidales para distintos sistemas de referencias utilizados en Chile:

9

10

COORDENADASELIPSOIDALES

Sistema de coordenadas curvilíneas:

latitud y longitud.

El sistema se extiende al espacio

incluyendo la altura elipsoidal o

geométrica del punto sobre el elipsoide,

medida a largo de normal.

Se convierten a coordenadas cartesianas:

COORDENADAS ELIPSOIDALESConversión o Transformación?

“Cambio del tipo de coordenadas referidas al

mismo datum”

De coordenadas cartesianas a

elipsoidales, por iteración:

11

COORDENADAS CARTESIANASTOPOCÉNTRICAS LOCALES

• Están referidas a un sistema local.

• Ligado al campo de la gravedad.

• La orientación en función de la vertical local

(línea de plomada).

• El origen es el punto del observador

(topocentro).

• El eje Z apunta en dirección del cenit,

perpendicular al plano XY.

• El eje X apunta hacia el norte elipsoidal

(meridiano).

12

COORDENADAS CARTESIANASTOPOCÉNTRICAS LOCALES

Forma un sistema de mano izquierda.

los ejes equivalen al norte, este y

“up”.

La descripción de un punto respecto

de otro punto, se hace a partir de:

• acimut geodésico: sobre el plano

horizontal y a partir del meridiano

• el ángulo cenital

• la distancia (no usada en

astronomía, si en geodesia local)

13

Son sistemas de proyección cartográfica

“permiten representar la superficie de la esfera o elipsoide sobre un plano a partir de

relaciones matemáticas y geométricas”

Superficies desarrollables

• Sobre un plano

• Sobre un cilindro

• Sobre un cono

COORDENADAS PLANAS

14

COORDENADAS PLANAS

Orientación:

“orientación del eje de la superficie en relación al eje de rotación terrestre”

• Normal

• Transversal

• Oblicua

Distorsión:

“Al desarrollar la superficie no esta libre de distorsión”

• Conservar ángulos

• Conservar distancias

• Conservar áreas

15

COORDENADAS

PLANAS

Reducción de la distorción

Tangencial

Intersecta en un punto o

a lo largo de una sola

línea.

Secante

Corte de la esfera o esferoide a lo largo de una línea o más líneas.

16

Acim

uta

lC

ón

ica

Cilí

nd

rica

Tangencial Secante

EN CHILE…

Proyección UTM

• Cartografía Nacional.

• El Instituto Geográfico Militar IGM y el

SERNAGEOMIN

• El territorio continental chileno es

representado en los husos 18 y 19.

17

UNIVERSAL TRANSVERSAL DEMERCATOR UTM

• Esta es una proyección cilíndrica transversa, en la que el cilindro es secante al elipsoide.

• Divide a la Tierra entre las latitudes 84ºNorte y 80º Sur en 60 husos de 6º delongitud.

• Para evitar deformaciones en cada huso, la proyección no es equidistante en el meridiano central, sino que se aplica un factor de escala de 0.9996. (secante)

• La proyección equidistante se produce a aproximadamente 180 Km a cada lado del meridiano central, logrando que las deformaciones en los bordes del huso sean del orden de 1/1000.

18


• Definiremos huso como el lugar geográfico delimitado por dos meridianos. (extensión de 6º u 8º)

• Las coordenadas UTM, dentro del huso son siempre positivas y aumente en dirección Este y Norte.

• El origen del sistema es el punto de intersección descrito por la línea del Ecuador y el meridiano central.

¿Coordenadas “únicas” en el sistema?

19


Para el cálculo de coordenadas en sistema

UTM se requiere de un sistema de

referencia. Por qué?

Por lo tanto, para que quede

perfectamente definido un punto en el

sistema UTM:

•Posición Norte y Este del punto

• Huso UTM y hemisferio

•Sistema de referencia

ó

• Sistema de Referencia de Cuadricula Militar

(MGRS: Militar Grid Reference System)

Husos del 1-60

Intervalo de latitud de 8º C-X (omite O e I)

(12º para X)

20

Coordenadas planas?

22

Planas topográficas

• Convergencia meridianameridianos curvos

• Corrección arco-cuerda

diferencia de azimut

• Factor de escala

diferencia de distancias

• Reducción de la distancia al NMM

diferencia de distancia debido a la altura

Planas proyectadas

SISTEMAS DE REFERENCIA

Es una definición de estándares, parámetros, modelos, etc., utilizados como

base para la representación de la geométrica de la superficie terrestre y su

variación en el tiempo. No se puede determinar por mediciones, sino que se definen convencionalmente.

Un marco de referencia es la realización de un sistema de referencia por un

conjunto de entidades físicas y matemáticas. Proporciona los puntos de control

que permiten mantener actualizado el sistema de referencia y, junto al sistema

de referencia, conforman la pareja necesaria para la definición y

materialización de una plataforma de georreferenciación.

23


International Terrestrial Reference System (ITRS)

• Establecido para la determinación de los sistemas de referencia celeste (ICRS) y la

relación con (ITRS), es decir orientación y rotación en el espacio.

World Geodetic System 1984 (WGS84)

• Sistema global

• Adoptado para las coordenadas de las orbitas de los satélites GPS (militar)

Geodetic Reference System (1972, 1980)

• Promovido por la IAG

• Uso civil

• En la practica GRS80 y WGS84 son iguales

24

MARCO DE REFERENCIA

International Terrestrial

Reference Frame (ITRF)

• Materialización del ITRS

• Mas de 900 estaciones

• Coordenadas para una época y

fija y sus variaciones en el

tiempo.

• ITRF2008

25


El dátum geodésico son parámetros que fijan el origen, la orientación y la escala del sistema de coordenadas para el marco de referencia con respecto a la Tierra. Por ejemplo, en el caso cartesiano tridimensional global:

• Origen: Geocentro;

• Orientación: realizada por la posición del polo y la dirección de una longitud de referencia convencional en una época definida;

• Escala: el metro, derivado de la velocidad de la luz en el vacío.

(7 parámetros)

26

SISTEMAS DE REFERENCIASistemas Geodésicos Locales

• Antes del posicionamiento satelital

• Elipsoides asociados se ajustaban mejor en una zona determinada

• La orientación y ubicación de estos sistemas se les conoce como Datum Horizontal

• La componente altimétrica se realizaba independiente de sus coordenadas horizontales.

• Estos dátum se definían por el sistema astronómico local de un punto cualquiera, el cual, convencionalmente le proporcionaba el nombre.

27

SISTEMAS DE REFERENCIAEn Chile…

• En Chile, la antigua Red Geodésica Nacional (RGN), compuesta por 6 500 vértices trigonométricos de primer a tercer orden.

• Soporte para la cartografía y el marco de referencia de apoyo para referenciar trabajos de ingeniería.

• Hasta el año 2007, el 80% estaba vinculada a pilares del nivelación referidos al nivel medio del mar (NMM).

• Adopto simultáneamente distintos dátum locales para la cartografía 1:50 000 (IGM, 2007)

• El Preliminary South American Datum 1956(PSAD56) entre los 17º30’S a 43º30’S

• South American Datum 1969 (SAD69) entre los 43º30’S a 56ºS

28

SISTEMAS DE REFERENCIASistema de Referencia Geocéntrico para las

Américas SIRGAS

• Densificación regional del ITRF

• SIRGAS: Sistema de Referencia Geodésico para

América del Sur (Sirgas, 1997)

• SIRGAS: Sistema de Referencia Geocéntrico para

las Américas (Sirgas, 2001)

• Utiliza los parámetros del elipsoide GRS80

• La precisión está entre los 3mm y 6mm.

• 2 Grupos de trabajo (definición, marco, realización

datum, mantención, etc…)

• Unificación del sistema de alturas (Grupo III)

29


30

Sistema de Alturasaltura es la distancia vertical de un cuerpo respecto a la tierra o a

cualquier otra superficie tomada como referencia.

• Elipsoidal

• Ortométrica (NMM)

• Ondulación geoidal

• Para fines prácticos… alturas elipsoidal y ortométricas sonconsideradas colineales, así la compatibilidad entre ambassuperficies se adelantas a través de:

h H N

• Modelos de Ondulación en Chile

• EGM96

• EGM2008

SISTEMADE POSICIONAMIENTOGLOBALGPS

1.

2.

3.

INTRODUCCIÓN

CONSTITUCIÓN DELSISTEMA

PRINCIPIO DEL POSICIONAMIENTO

31

SISTEMA DE POSICIONAMIENTOGLOBAL GPS

GNSS: Global Navigation Satellite System

Comunicación de una vía

Determinación de las coordenadas espaciales

de puntos respecto a un marco de referencia

global:• 4 satélites (3D y sincronización de relojes)

• Geometría adecuada

• Sistema WGS84

DoD EUA son los encargados del desarrollo,

mantención y operación del sistema

32

ASPECTOS HISTÓRICOS1957, lanzamiento del Sputnik (inicio de la Geodesia Espacial)

1964, Transit fue el primer sistema de navegación por satélite utilizado hasta 1996 debido a:

• Orbitas afectadas a variaciones del campo de gravedad debido a su baja altura

• Señales alteradas debido a la refracción atmosférica (baja frecuencia 150MHz y 400MHz)

• Huecos en las observaciones debido a la baja cantidad de satélite (4 y 6)

1973, inicio del programa NAVSTAR GPS

(NAVigation System Timing And Ranging Global Positioning System)

1973-1988, Demostración y validación (Block I: 12 prototipos)

1989-1995, Desarrollo (Block II: 9 sat.; Block IIA: 19 SV)

1993, 24 sat. Operativos, declarado a plena capacidad

1996-2001, Operación y soporte (Block IIR: 21 SV)

2002-2013, Mantenimiento (Block IIF: 33 SV)

33

ESPECIFICACIONES DE DISEÑONavegación y posicionamiento militar y civil

Diseñado para proporcionar en tiempo real una precisión de ±5m a ±15m (Seeber, 2003)

Operatividad global, 24 horas, independiente de las condiciones climáticas

Posicionamiento en un sistema de referencia único

Sistema de posicionamiento pasivo (en una dirección)

Desde el punto de vista Geodésico/Topográfico cumple con los dos requerimiento

básicos: Levantamiento y Replanteo

34

CONSTITUCIÓN DEL SISTEMASEGMENTOESPACIAL

Constelación NAVSTAR

• 6 planos orbitales

• 24 vehículos espaciales

• 3 SV de respaldo

• 20 200 km (MEO)

• Órbitas inclinadas 55º

• Giros de 12 horas

• 4:15 hrs. máximo tiempo de observación

• Actualmente 31 SV operativos y 3-4 de reemplazo

La configuración asegura entre 5 y 11 SV en cualquier lugar y cualquier momento

35

SEGMENTO ESPACIALSATÉLITES

Identificación•Número de Vehículo Espacial

(SVN: Spatial Vehicle Number)

• Número (slot) y órbita

•Por su Ruido Pseudo-Aleatorio

(PRN: Pseudo Random Noise)

Funciones

• Recibir y almacenar información transmitida por las estaciones de control

• Mantener con precisión el tiempo por medio de los osciladores a bordo

• Transmitir información al usuario por el mensaje de la señal

• Maniobrar la posición del satélite controlada por

segmento de control

36


37


Los relojes de los satélites, son osciladores atómicos de alta frecuencia y gran

estabilidad, permitiendo efectuar mediciones del tiempo con elevada precisión.

• cristal de cuarzo 1s

• Rubidio 1s

• Cesio 1s

30 años

30 000 años

300 000 años

• Máser Hidrógeno 1s 30 000 000 años

Emiten dos ondas portadoras en la banda L (1000MHz ~ 3000MHz) derivadas de la

frecuencia fundamental 10.23MHz y generadas por el oscilador:

• L1: 154 x 10.23MHz = 1575.42MHz, longitud de la onda 19cm

• L1: 120 x 10.23MHz = 1227.60MHz, longitud de la onda 24.4cm

38

SEGMENTO ESPACIALESTRUCTURADELASEÑAL

Contienen un código y un mensaje de navegación

• El código modulado en ambas portadoras es denominado

Ruido Pseudo Aleatorio (PRN)

• P (Precise) en L1 y L2

• C/A (Clear Aquisition) L1only

39

El mensaje de navegación:• Efemérides de los satélites: información de la trayectoria de los satélites en su órbita el que permite calcular la

posición en el instante de la medición

• Almanaque: información simplificada de la posición de todos los satélites de la constelación

• Tiempo del sistema: información para la sincronización del receptor con el tiempo GPS

• Corrección de los relojes: factores de corrección del tiempo

• Número de identificación del satélite

• Estado (salud) del satélite, entre otros.

Frecuencia

fundamental

10.23Mhz

L1

1575.42Mhz

(19.0cm)

Código C/A

1.023 Mhz

(293.1m)

1 milisegundo

Código P o Y

10.23 Mhz

(29.31m)

266 días

L2

1272.60Mhz

(24.4cm)

Código P o Y

10.23Mhz

Mensaje de Navegación

50 bits por segundo (bps)

x 154

x 120

÷ 10

CONSTITUCIÓN DEL SISTEMASEGMENTOCONTROL

Funciones

• Monitoreo continuo y control de los satélites

• Determinación del tiempo GPS

• Predecir las efemérides de los satélites

• Actualización periódica del mensaje de navegación para cada satélite

• Comandar las maniobras de los satélites para mantener la orbita o reposicionarlos

40

SEGMENTO CONTROLSEGMENTOCONTROL

Estacion de Control Maestro (MCS)

• Toma los datos recolectados y predice las orbitas

• Calcula la corrección del tiempo del reloj de los satélites

• Se envian los datos a las antenas en de transmisión en Tierra

41

Estaciones de Rastreo (MS)

• Recolectan datos basado en la observación de los satélites en sus orbitas.

• 2 receptores L1/L2

• Recopila información meteorológica para evaluar el retardo ionosférico

Antenas en Tierra (GA)• Estaciones transmisoras vuelcan los datos,

incluyendo el mensaje de navegación, a los satélites

• También envían comandos de telemetría para la reposición, cambios de satélites (spares), etc…

CONSTITUCIÓN DEL SISTEMASEGMENTOUSUARIO

Receptores con la capacidad de recibir la señal GPS y determinar su posición

(antenas, receptores y software)

Componentes básicos (Seeber, 2003)

• Antena

• Receptor

• Interfaz de usuario

42

SEGMENTO USUARIORECEPTORES

Clasificación

Tipo de dato:

• C/Acode

• C/A code + L1 carrier phase

• C/A code + L1 carrier phase + L2 carrier phase

Usuario o aplicaciones:

• Receptores militares

• Receptores civiles

• Receptores geodésico/topográfico

• Receptores navegadores

Características (Lab. Topografía)

43

USUARIOS Y APLICACIONES

• Navegación terrestre, aérea y marítima

• Ubicación de vehículos

• Topografía (medición, control, replanteo)

• Agricultura de precisión

• Control de maquinaria

44

GPS vs INTRUMENTOS CLÁSICOS DETOPOGRAFÍA

Es independiente de las condiciones climáticas

La precisión de los resultados son independientes de la forma de una red,pero dependen de las longitudes medidas y de los tiempos de medición

En topografía, proporciona precisiones homogéneas

Los puntos en terreno pueden establecerse donde se planificaron. No requiere distribución de las estaciones y tampoco intervisibilidad o criterios de geometría

Es más eficiente, mas flexible, menos técnicas de medición (operadores), menos tiempo de labores.

Instrumentos con precisiones homogéneas.

Los instrumentos no requieren calibración.

45

LIMITACIONES DEL GPSRequiere de cielo abierto, despejado de vegetación, por lo tanto, no puede ser utilizado en labores subterráneas. Presenta limitaciones en zonas muy urbanizadas

Requiere de una cuidadosa planificación de las mediciones, en función de la cobertura y de los tiempos de traslados para aumentar los rendimientos

Las estaciones GPS, frecuentemente no pueden ser utilizadas con topografía tradicional (intervisibilidad para redes)

Vinculación con topografía tradicional:

• Sistemas de posicionamiento global (WGS84), sistema de coordenadas

• Precisiones

• Sistema de alturas (WGS84, EGM96, NMM)

Costos del equipamiento

Requiere personal calificado para obtener resultados y comprender la información derivada de los procesos

46

EVOLUCIÓN DELGPS10 – 15 años

• Solamente uso de aplicaciones especializadas

• Redes Nacionales (US) y continentales

• Receptores y software de proceso complejos de utilizar

• Observaciones con necesidad de constante monitoreo.

47

5 - 10 años• Sólo uso en postproceso

• Primeras aplicaciones en topografía

• Mejoras:

• Receptores mas portables

• Métodos cinemáticos y RTK

• Software mas amigable

Actualmente• Todo tipo de aplicaciones (usuarios masivos)

• Fiabilidad y precisiones dadas por admitidas

• Software automatizables y fáciles de usar

• Demanda de nuevas aplicaciones

• Precisiones centimétricas indirectas

• Sistemas de ampliación (SBAS, GBAS, etc…)

• Postproceso casi nivel usuario (personal calificado)

SISTEMADE POSICIONAMIENTOGLOBALGPS

1.

2.

INTRODUCCIÓN

CONSTITUCIÓN DELSISTEMA

3. PRINCIPIO DEL POSICIONAMIENTO

48

POSICIONAMIENTO

49

Modo Estático (Static)• Receptor estático

• Posición final corresponde al promedio de todas las posiciones

Modo Móvil (Kinematic)• Receptor en movimiento

Distribución de la constelación de una determinada forma Configuración

La influencia de la configuración se expresa matemáticamente:

d DOP

P

Componentes DOP

HDOP: estimar error en posición horizontal

VDOP: estimar error en posición vertical

PDOP: estimar error en posición tridimensional

INTERPRETACIÓNGEOMÉTRICADELDOP

El PDOP, también es interpretado como el

inverso del volumen del tetraedro formado

por las posiciones de los satélites y el

receptor.

Mejor solución instantánea de la posición:

• PDOP entre 4 y 5 son buenos

• PDOP > 10 son malos

• VDOP generalmente bordea entre 5 y 4

• Generalmente se recomiendan valores ≤ 5

50

Alta incertidumbre de la posición

poco espaciado

baja incertidumbre de la posición

DOP INSUFICIENTE DOP BUENO

bien espaciado

PRINCIPIO DELFUNCIONAMIENTOPOSICIONAMIENTOPORCÓDIGO(SEUDODISTANCIA)

Proporciona posicionamiento instantáneo de ±5m a

±15m, 95%.

Seudo distancia: distancia medida entre el satélite y

el receptor referidas a la epoca de la emisión y

recepcción del código, afectada por errores

sitemáticos:

51

i

S SX Xi R

2

i R i

S S Y Y Z ZR

2 2

i i

S S SSD ct Ti

Geocentro

(X,Y,Z)R

S

(X,Y,Z) S


Receptor

Precisión de ±1m y ±5m

52

i

Tiempo de transmisión a partir del código

generado y el recibido:

SSD c t


Errores

Satélite• Reloj

• Órbita (efemérides)

Propagación de la señal• Refracción Ionosférica

• RefracciónTroposférica

Receptor• Reloj

• Multipath

• Correlación código

53

Geocentro

Ionósfera

(2m -100m)

Tropósfera

(dm)

5m

Ruido

(0.3m - 3m)

PosiciónReal

Posición Transmitida

reloj (1m)

órbita (5m)

Disponibilidad Selectiva

(100m)

ERRORESRELATIVOSALOSSATÉLITES

Reloj del satélite

Efemérides radiodifundidas

• Predicción de la posición de los satélites (NAVDATA)

• Se cargan diariamente

• Se difunden cada hora

• Mejora Efemérides precisas: posición calculada

Disponibilidad Selectiva (SA:)

Degradación de la señal con 2 componentes:

1. Manipulación de la frecuencia del reloj del satélitegenerando distintas longitudes de onda. Genera error en la seudo distancia

2. Error en la descripción de la orbita de los satélites (efemérides), transmitida en el mensaje.

54

2

ERRORESPROPAGACIÓNDELASEÑAL

Retardo ionosférico

La ionosfera es un medio disperso que:

• Dobla la señal y altera su velocidad

• Genera efectos distintos en L1 y en L2

• Combinación de L1+L2 permite calcular y eliminar el error

Retardo tropoférico

• Aumenta el rango geométrico satélite-receptor

• Afecta a las dos señales por igual (L1 y L2)

• Sus efectos son modelados por algoritmos (predicen el retardo)

• En distancias cortas se minimiza su efecto (alta correlación)

Retardo ionosférico

• Recepción de la señal por distintos caminos

• Mitigación:• Evitar instalación cerca de superficies reflectantes

• Configuraciones de antenas

55

PRINCIPIO DELFUNCIONAMIENTOPOSICIONAMIENTODIFERENCIALPORCÓDIGO

GPS diferencial (DGPS)

Los efectos se remueven con una estación de referencia,

con coordenadas fijas.

Se calculan las diferencias respecto de la posición

instantánea.

1. Corrección de seudodistancia:

2. Corrección por posición.

3. Simples y Dobles Diferencias (MMCC)

Posicionamiento sub-métrico, de hasta ±0.5m

56

i

S

i

S SSD SD X Xi R

2S

i R

2

Y Y Z S

i ZR

2

Geocentro

(X,Y,Z)calculado

(X,Y,Z)calculado

(X,Y,Z)verdadero

(X,Y,Z)corregida

base

móvil

PRINCIPIO DELFUNCIONAMIENTOPOSICIONAMIENTO CONFASE

57

Observable de la fase de onda portadora (longitud de onda ∼0.20m)

Observable mas precisa que la seudodistancia

(longitud de onda ∼300m)

Se logran precisiones del orden de los milímetros

Soluciones para L1 y para L1+L2

La distancia se obtiene contando el número de ciclos

(N) multiplicado por su longitud de onda.

La desventaja está en que se debe contar con un patrón de la onda sinusoidal, por lo tanto la medida

no es inmediata (postproceso)

Modelos de solución: (Software de procesamiento de datos)

Diferencias de observaciones entre dos receptores a varios satélites (dobles diferencias)

• Permite remover errores comunes en ambos receptores

• Soluciones Fija (Fixed) 1 a 2ppm de la distancia

• Soluciones Flotantes (Float) no mejor que 10 a 20 cm, revisar precisión relativa

PRINCIPIO DELFUNCIONAMIENTOPOSICIONAMIENTO CONFASE

Resolución deAmbigüedades

• Luego de la inicialización, las ambigüedades se

mantienen fijas

• Perdidas de ciclos (cicle slip): Si existen perdidas de

señal (fase) el valor de la ambigüedad cambia.

58

PRINCIPIO DELFUNCIONAMIENTO

POSICIONAMIENTOPRECISIÓN

59

RECEPTORES GPSReceptores de código

• Utiliza los datos de almanaque del mensaje de navegación para operar

• Proporciona datos de navegación en tiempo real

• Pocisionamiento por seudo distancia

Receptores de simple frecuencia

• Sólo captan la señal L1

• Más económicos

• Utilizados para el posicionamiento relativo de líneas bases de hasta 30km (efecto ionosférico despreciables)

Receptores de doble frecuencia

• Capta la señal L1 y L2

• Más caros que los de simple frecuencia

• Resuelven con mayor eficacia el posicionamiento relativo

• Elimina efectos de la ionosfera mediante el uso de la combinación de observaciones de L1 y L2

60

RECEPTORES GPSCARACTERÍSTICASPRINCIPALES

Principales

• Observables de código y fase

• Capacidad de doble frecuencia (algunos)

• Cantidad de canales (12 para GPS L1+L2, 20 para GPS+GLONASS)

• Mitigación del efecto multipath

• Velocidad de rastreo de datos (aplicaciones en cinemáticas)

• Capacidad para almacenar datos (memoria)

Equipamiento

• Transmisión de datos o descarga

• Equipamiento (radio modem, GSM, GPRS, bluetooth, etc…)

• Tamaño del equipo y consumo de energía

• Operación bajo distintas condiciones meteorológicas

• Flexibilidad en el uso y compatibilidad

• Flexibilidad de configuración (accesorios)

61

RECEPTORES GPSCOMPONENTES

Antena

• Detecta las ondas electromagnéticas que envían los satélites

• Debe ser sensible a la señal (débil) de los satélites

• Permite la recepción de todas las señales captadas por el hemisferio visible

• Minimizar los efectos multipath

• Tipos

• Señales (L1, L1/L2, GNSS, etc…)

• Parámetros (modelo)

Sensor

• Recibe la señal recogida por la antena y la decodifica para convertirla en información legible. (reconstruye e interpreta)

Controlador

• Unidad que controla en sensor, gestiona las observaciones, almacena los datos y muestra la información al operador.

62

• Portadoras L1 y L2

ANTENA

GROUNDPLANE

PREAMPLIFICADOR

MIXE

R

BUCLE DE RASTREO DELCODIGO

MEMORIA

MICROPROCESADO

R

UNIDADDE CONTROL

• Aumenta las señales débiles

• Recibe energía y envía la señal GPS a través del cable coaxial

• Intercepta las señales de todos los satélites visibles• Convierte las ondas electromagnéticas en corriente

eléctrica

• La placa de metal montada, aísla a la antena de

la reflexión del efecto multipath

• Alinea el código local generado y el recibido por el

satélite

• Cambia el código automáticamente cuando existe

correlación• Mide el tiempo de viaje de la señal• Decodifica el mensaje

• Almacena los almanaques• Almacena las posiciones

• Almacena los datos de pseudodistancia para posterior procesamiento

• Calcula la solución para el posicionamiento

• Gestiona la selección del satélite y la transformación de coordenadas

• Realiza las rutinas de cálculo

• Combina la señal recibida y la

replica generada por el receptor• Acepta modos de operación del operador• Muestra el posicionamiento , la velocidad y

el tiempoactual• Otros

• Batería recargables• Provee corriente continua

(DC) al receptor

• Alinea la fase del oscilador con la frecuencia recibida

BUCLE DE RASTREO DE LA PORTADORA

FUENTE DE ALIMENTACION DE ENERGIA

RECEPTOR

TECNICAS DEMEDICIÓN

64C

INE

MÁ

TIC

OE

ST

ÁT

ICO

AUTÓNOMO RELATIVOOBTENCIÓN DE LOS RESULTADOS

POSTPROCESO TIEMPO REAL

TECNICAS DE MEDICIÓNMEDICIÓNDECÓDIGO

PosicionamientoAbsoluto

• Observación código C/A

• Receptores de mano (navegadores)

• Aplicaciones: navegación

Posicionamiento diferencial

• Observables de código C/A

• Almacenamiento de observaciones

• Postproceso y Tiempo Real (RTDGPS)

• Receptores modulares y navegadores de mano

• Aplicaciones: GIS

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TECNICAS DEMEDICIÓNMEDICIÓNDEFASE

Posicionamiento diferencial Aplicaciones

• Estático Redes Regionales

• Estático rápido Apoyo Fotogrametría; Poligonales

• Cinemático Levantamientos MDT

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• Cinemático Stop&Go Levantamiento de detalle

• Cinemático On The Fly (OTF) Levantamiento de detalle L1+L2

• Cinemático Tiempo Real (RTK) Replanteo

POSICIONAMIENTO DIFERENCIALTIEMPOS DEOBSERVACIÓN

Los periodos de observación continua se denomina sesiones y su duración esta determinada por los siguientes factores:

• Longitud de la línea base

• Cantidad de satélites visibles

• Geometría de los satélites

Convencionalmente los tiempos de observación son:

(NAVSTAR Global Positioning System Surveying, 2003)

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Línea base L1 (min) L1/L2 (min)

< 10km 30 20

10 – 30 km 60 40

30 – 60 km - 60

60 – 100 km - 90

100 – 200 km - 120

> 200 km - > 180

Línea Base

Tiempos de observación recomendados (minutos)

4 satélite 5 satélites 6 o más satélites

L1 L1/L2 L1 L1/L2 L1 L1/L2

1 – 10 km 60 20 35 12 25 8

10 – 20 km 75 25 45 15 30 10

20 – 50 km 105 35 75 25 60 20

> 50 km - 60 - 45 - 30

Control Geodesico y Cartografico Para Mapas a Escala Grande m3

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